9 岩坡稳定性分析

第九章
重点内容：
岩坡稳定性分析
9.1 岩坡的破坏类型 9.2 圆弧法分析岩坡稳定性 9.3 平面滑动岩坡稳定分析 9.4 力的代数叠加法分析岩坡稳定性 9.5 岩坡加固措施
岩质边坡
由岩体材料构成的斜坡为岩坡
国道320麻江段虫蚁坡滑坡
斜坡分为天然斜坡和人工开挖边坡，主 要由岩石材料构成的斜坡为岩坡。
排水疏干 挖方减载
坡面防护
截引表水
二、直接降低滑动力： 削坡减载，使坡高降低、坡角变缓、 支撑
削坡减载后的洞口边坡面貌
三、提高抗滑力 1、改善滑面参数：灌浆、置换、砼塞
三、提高抗滑力：
2、支挡（被动防护）： 挡墙：靠自身重力抵抗坡体下滑或倾覆。 框架：增加坡面的整体性，提供σ3。 抗滑桩：埋入稳定岩层，桩承受荷载后变 形并产生抗力，抵消部分下滑力。
9.1
岩坡的破坏类型
一、岩坡失稳时的三种可能滑动面 (一)沿着岩体软弱岩层滑动
软弱岩层：粘土页岩、凝灰岩、泥灰岩、去母片岩、滑石片岩等， 特点：遇水后易软化，强度大大降低，形成软弱层。
(二)沿着岩体内的结构面滑动 结构面：层面、节理、断裂面、片理等。 (三)无上述两种软弱面时，也可能在岩体中滑动 软弱层岩性：MⅤ-3 黑云花岗片麻岩
阶梯状滑动-弯曲倾倒复合 模式
边坡岩性：MⅤ-3黑云花 岗片麻岩
阶梯状滑动
(二)岩滑 岩体沿着岩体深处某种面滑动，分为平 面滑动、楔形滑动和旋转滑动。 1、平面滑动 岩体滑某一软弱面滑动. 2、楔形滑动 岩体滑两组以上的软弱面滑动.
3、旋转滑动 滑动面为弧形，发生于非成层的均质 岩体中.
条分法
对于第i条岩条滑弧上： 法向力和切向力：
Ni W icosi Ti W isin i
cili N itgi
抗滑力： 抗滑力矩：
M R i cili N itgi R
M R M R i ci li N itgi R
i 1 i 1 n n
在施工中，常将上述各种方法组合应用，以达到 最佳的支护效果。工程安全是第一位的。
排水是必须考虑的。各种加固措施的适宜性及经 济合理性也是应该考虑的。
四、实际工程介绍
二滩水电站进水口及8号公路边坡 锚索、锚杆、喷砼、框架、挡墙、灌浆等联合支护
预应力锚索支护（3000KN）
抗滑桩施工
框架与长锚杆联合支护
天然斜坡大多稳定，而人类工程活动会 改变坡体的应力分布，打破其天然平衡 状态，产生滑坡等灾害。
岩坡失稳的危害是巨大的，在工程中应 加强对其稳定性的研究。
2007年11月，宜万铁路高阳寨隧道口岩崩事故，滑坡体总 方量约3000立方米 , 遇难者达30多人
2007年11月，宜万铁路高阳寨隧道口岩崩事故，滑 坡体总方量约3000立方米 , 遇难者达30多人
四、岩坡稳定性分析的目的和方法
(一)边坡稳定性分析与评价的目的 一是对与工程有关的天然边坡稳定性作出定性和定 量评价； 二是要为合理设计人工边坡和边坡变形破坏的防治 措施提供依据。
(二)边坡稳定性分析的方法 1）定性分析方法 （1） 地质分析法 （2） 工程地质类比法 （3）图解法 （4）边坡稳定专家系统
2） 定量评价方法 （1） 极限平衡法 （2） 数值分析方法
9.2
圆弧法岩坡稳定分析
对于均质的以及没有断裂面的岩体，常发生圆弧滑动
滑体为刚体
思路：假定滑动面为圆弧面，滑体为刚 体，分析滑动面上的滑动力矩与抗滑力 矩，则岩坡的稳定安全系数Fs:
抗滑力矩 M R Fs 滑动力矩 M S
Fs>1:稳定 Fs=1:极限平衡 Fs<1:不稳定 滑动圆弧面
圆弧滑动后的形态
人类工程活动在水电、交通、采矿等部门 根据工程布置的需要开挖出很多岩坡。
岩坡不同于土坡，其结构复杂，软弱结构 面的存在常是岩坡不稳定的主要因素。 岩坡的变形与破坏，取决于岩体（含结构 面）的应力分布和强度特征。当其自身难 以保持平衡时，人类将给其提供必要的外 部荷载维持其稳定，即岩坡加固。
二、岩坡的破坏类型
倾倒破坏 (一)岩崩
为局部岩体以突然方式从母体分 离，常发生在坡体裂隙发育的陡 坡，有崩塌和倾倒两类，受风化、 雨水地震等影响。 原因：岩坡过陡或风化作 用 局部崩塌 和坠落
崩塌
边坡岩性：MⅤ-1黑云 花岗片麻岩
SN向陡节理发育的分 带性 (左岸0＃梁上游侧中 线路1130m上方
9.3 平面滑动岩坡稳定分析
一、平面滑动产生的条件
（1） 滑动面的走向与坡面 平行或接近平行；
（2） 滑动面的倾角必小于坡面的倾角，即：β ＜α；
（3） 滑动面的倾角必大于滑动面摩擦角，即：β ＞ψ j；
一、平面滑动分析
（一）假定 （1） 滑动面及张裂缝的走向与 坡面平行；
（2） （3）
张裂缝垂直，充水浓度为Zw； 滑动面上的水压力为三角形分布；
（4） 滑体的重力W、滑面上的水压力U和张裂缝中水压力 V均通过滑体的重心，即滑只有滑动没有转动。
滑坡的后缘拉裂缝
平面滑移的后缘拉裂缝及保留岩体
（二）安全系数的计算
按极限平衡条件可求得：
抗滑力 c j L W cos U V sin tg j Fs ＝ 滑动力 W sin V cos
L
H Z sin
1 U wZ wL 2
1 2 V wZw 2
当张裂缝位于坡顶面时：
1 2 2 W H 1 Z H ctg ctg 2



当张裂缝位于坡面上时：
1 2 W H 2 1 Z H ctg ctg tg 1 2
（二）公式推导
第i条块静力平衡有：
Ni Wi cosi Ei 1 sin(i 1 i ) 0
Ti Ei Wi sin i Ei cos(i 1 i ) 0
莫尔库仑准则：
Ti cili Ni tani Ei Wi sin i Wi cosi tgi cili i Ei 1
挡墙
抗滑桩
（三）提高抗滑力
3、锚固（主动防护） 锚杆及预应力锚杆、锚筋桩、锚索： 锚固段应深入稳定岩体，在锚头部位施加作 用力，张拉段将拉力传递给周围岩体，锚固 段提供锚固力。
力学作用：改变的坡体的受力状态，形成了 压缩带，增加了整体性，增大了滑面的正应 力和抗滑摩擦力，提高了抗剪指标。
4、联合支护方法
岩坡沿结构面的平面滑移
国道320麻江段虫蚁坡滑坡--平面滑坡
沿 滑 动 面 产 生 的 擦 痕
楔形滑动
三、 影响边坡稳定性的因素
内在因素：地貌特征、岩土体的性质、地质 构造、岩土体结构、岩体初始应力 。 外在因素：水的作用、地震、岩体风化程度、 工程荷载条件及人为因素。 内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部 因素起诱发破坏作用。
联合支护
桩板墙
桩板墙
削坡减载
框架支护
框架与锚索相结合的加固
框架与锚索相结合的加固
框架与锚索相结合的加固
框架与锚索相结合的加固
锚索加固
对滑体从上到下逐块进行 计算得下表：
9.5
岩坡加固措施
岩质边坡失稳是由于其下滑力增加或抗滑力降低，应从此 两个方面入手解决边坡的稳定性问题。加固措施有： 一、降低各种外部营力影响 1、降低水的影响：坡脚抗冲刷、坡面封闭、截引地表水、 坡面排水（排水孔）、疏干地下水（排水孔、沙井、排水洞 等） 2、制止风化：坡面封闭、护坡等 挂网、喷混凝土
滑面上总抗滑力矩：
滑面上总滑动力矩：
M S Ti R
i 1
n
则滑动面上的安全系数为：
Fs
MR Ms
c l
i 1
n
i i
N itg i
n i
T
i 1

c l
i 1
n
i i n
W icos i tg i
i
W
i 1
sin i
由于滑动面是任意假定的，因此要假定多个滑动面进行试算，从中 找出最小的安全系数，即为真正的安全系数
逆坡
（三）例题： 某一滑坡如图示，各分块重量及计算参数如下表，计算滑坡推力并判断其 稳定性（安全系数Fs取1.25）。
解：分别按
Ei Wi sin i Wi cosi tgi cili i Ei 1
Ei FSWi sin i Wi cosi tgi cili i Ei 1
i 传递系数， i cos(i 1 i ) sin(i 1 i ) tgi
解答上三式可得：
即：第i条块的剩余下滑力（即该块的滑坡推力）Ei:
Ei Wi sin i Wi cosi tgi cili i Ei 1
i 传递系数， i cos(i 1 i ) sin(i 1 i ) tgi
计算时从上往下逐块进行，如果最后一块的En，若： En＞0，则不稳定， En＝0，则极限平衡， En＜0，则稳定。
安全系数FS：一般采用加大自重下滑力来计算：
Ei FSWi sin i Wi cosi tgi cili i Ei 1
FS＝1.05～1.25
注意：如果计算断面中有逆坡，倾角αi为负值，则Wisin αi也是负值因而 Wisin αi变成了抗滑力，在计算滑坡推力时， Wisin αi项就不应乘以安全系 数了。


9.4 力的代数叠加法岩坡稳定分析
方法类型：极限平衡法
思想：根据滑坡推力（滑动力与抗滑力之差， 不平衡推力）评价滑坡的稳定性。计算方法为 力的代数叠加法（传递系数法或不平衡推力 法）。 适用范围：滑动面为平缓的折线或曲线（坡角 小于45 °）。
一、假定